Laboratorio de física: Electricidad y magnetismo. Instituto Politécnico Nacional ESIME ZACATENCO Profesor: García Ruiz Daniel Grupo: 2CV11 Practica 2 Integrantes: Bailón Salas Lenin, Rivera García Alexis Armando, Silva Rodríguez Saúl. DISTRIBUCION DE LAS CARGAS ELECTRICAS EN LOS CONDUCTORES. Introducción Al observar el comportamiento de los cuerpos cargados de cierta manera y la transferencia de estas cargas, con el electroscopio se puede ver qué tipo de carga está actuando, de esta formapodemos notar que los cuerpos contienen cargas que pueden ser transferidas a otro cuerpo que se carga y genera campos eléctricos. Una forma de realizarlo es frotar una barra de vidrio con un pañuelo de lana, a esta barra se le transfieren cargas negativas que al acercarla por ejemplo a un montos de pedazos de papel estos son atraídos a la barra, en sí son las cargas positivas las que son atraídas de los pedazos de papel, pero esta propiedad eléctrica no dura mucho tiempo debido a que la barra se descarga y va cediendo los electrones a los papeles y al vacío o aire. Material:
Generador de Van der Graaff. Copa de Faraday. Recipiente de plástico con esferas de cripsota. Barra de poliesterina. Esfera hueca. Electrodo de prueba. Paño de lana. Banco aislado. Electrodo de prueba con punta. Electroscopio. E hemisferios de Cavendish. Barra de vidrio. Rehilete electrostático. Mechón de cabellos. Paño de seda. Vela. Cables de conexión.
Laboratorio de física: Electricidad y magnetismo. Desarrollo experimental: 1. El electroscopio. Descripción: dispositivo formado por dos laminas ligerísimas de aluminio fijas a una varilla de metal coronada por una pequeña esfera de metal. La varilla se ajusta en un tapón aislador, tienedos ventanillas de cristal una frente a la otra permiten ver su interior.
Observaciones del experimento: Al acerca a la esfera de electroscopio una barra de vidrio no cargada. Las láminas del electroscopio no se mueven, pero al cargar la barra frotándola con el paño de lana y acerca nuevamente a la esfera las laminas se mueven ligeramente de su posición original. Al realizar lo anterior pero con la barra de poliesterina al no estar cargada no produce movimiento pero al cargarla (frotarla) se mueve considerablemente más que con la vidrio. Hecho una vez las especificaciones de esta parte del experimento se notó como lentamente las láminas se movieron hacia a su posiciónoriginal con un objeto cargado negativamente, pero de manera contraria con un objeto positivamente cargado las láminas se levantan aún más de su posición original y por ultimo con el objeto no cargado no se mueven las laminas. Discusión: ¿Por qué desciende la carga de la esfera hasta las hojas? Las cargas se distribuyen en la esfera y a través de la varilla metálica que la conecta hasta donde están las láminas u hojas de aluminio. Cuando se cargo el electroscopio con un tipo de carga y se acerco una barra cargada con otro tipo ¿Qué se observo? Las láminas se movían a su posición normal.
Laboratorio de física: Electricidad y magnetismo. Si sele acerca una barra cargada con el mismo signo ¿Qué sucede? Las láminas se separan aun más. Empleando los resultados de las observaciones hechas en este experimento ¿cómo podría identificar el tipo de carga que adquiere un objeto cualquiera al ser frotado? Con el electroscopio se puede saber de qué tipo es la carga en un objeto al movimiento de las hojas hacia su posición normalindica que es positiva, pero si se separan indica que es una carga negativa. Conclusión Rivera García Alexis Armando El electroscopio es un aparato donde se pueden apreciar e identificar los signos de las cargas, usando el principio de atracción y repulsión de las cargas.
2. La experiencia de Cavendish. Después de montar el generador y la esfera como se indicó se hizo funcionar el generador a una velocidad mínima para cargar la esfera durante un minuto, después de pasar el minuto apagamos el generador y desconectamos la esfera sin tocar ambos instrumentos posteriormente con la sonda de prueba tocamos la esfera y la acercamos al electroscopio, se observa en el electroscopio un movimiento mayor que el experimento anterior y comprobamos que la esfera si está cargada. Ahora tomamos los hemisferios metálicos previamente descargados cubrimos con estos a la esfera por algunos segundo, retiramos los hemisferios y con ayuda del electroscopio y la sonda determinaremos si existe carga eléctrica. Después de hacer lo anterior observamos la existencia de carga ya que en el electroscopio las láminas se mueven mucho más que con la sonda de prueba.
Discusión:
Laboratorio de física: Electricidad y magnetismo. ¿Cómo obtuvo la esfera hueca, carga eléctrica en este experimento? Debido al generador este tiene una esfera la cual es cargada por inducción y al conectarse a la esfera este transfiere las cargas a la esfera hueca. ¿Cómo la detecto?Usando el electroscopio ¿Por qué, cuando se hace contacto con la superficie de esfera cargada con la sonda de prueba, ésta adquiera la carga en el punto de contacto? Por las cargas están distribuidas en toda la superficie de la esfera al hacer contacto con la sonda esta carga se transfieren a ella. ¿Por qué podemos considerar, en este experimento que el área de contacto de la esfera y la sonda de prueba, permanece constante? Por que al estar distribuida la carga en toda la superficie en cualquier punto la carga va hacer la misma. Diga si la carga adquirida, por contacto, por la sonda de prueba pasa íntegramente al electroscopio ¿Cómo haría para que esto sucediese? No. Podría ser acercando la esfera cargada. Cuando los hemisferios metálicos cuando cubre a la espera metálica ¿Cuál es la superficie externa del conjunto?La que es formada por los hemisferios. Después de haber retirado los hemisferios ¿detecto carga eléctrica en la esfera? No.¿En los hemisferios?En ellos si hay carga. La carga que detecto en los hemisferios ¿Fue del mismo signo que el de la esfera? Si fue la misma. Explique ¿Cómo podría comprobar lo anterior?Usando el electroscopio vemos que las láminas se mueven de igual manera que si estará la esfera. 3. Experiencia de Franklin Después de montar el generador, el recipiente de plástico y descargar la esferase procedióa realizar el experimento, se poner a funcionar el generador a mínima velocidad, al estar funcionando se puede ver en el interior del recipiente que las esferas de cripsota se empiezan a mover cuanto más está funcionando el generador se nota un movimiento mas rápido de la esferas dentro del recipiente de plástico, después de apagar el generadorlas esferas poco a poco se van deteniendo. Una vez descargado el generador retiramos el recipiente de plástico para colocar en su lugar el cilindro metálico (cilíndrico de Faraday) con esferas conductoras y ponemos a funcionar el generador igual con velocidad mínima, a diferencia de lo anterior las esferas conductoras no se mueven en absoluto aun si aumentamos las velocidad del generador.
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Discusión: ¿Por qué fueron repelidas las esferas al funcionar él generador, cuando estas se encontraban en él recipiente de plástico?Debido a que el recipiente es una aislante las esferas cargadas son repelidas de la superficie. ¿Qué tipo de carga adquiere la placa metálica que sirve de tapa al recipiente al recipiente de plástico cuando es golpeado por las esferas?Carga negativa. ¿Qué tipo de carga adquiérelas esferas conductoras cuando se encontraban en la copa de Faraday después de hacer funcionar él generador?Las mismas que el generador carga negativa. ¿Por qué no saltaron las esferas conductoras cuando se cargo la copa de Faraday? Debido que en la copa hay carga negativa al igual que en las esferas por lo cual solo actúa una sola carga. Conclusión Rivera García Alexis Armando La ionización es un método mediante el cual se puede cargar a otros cuerpos, sin la necesidad de haber un contacto entre ellos, además podemos decir que las cargas de signo igual se repelen y las de signo contrario se atraen.
4. Pantalla eléctrica. Se colocó el capuchón metálico en el electroscopio y se conectó a la esfera del generador, después de puso a funcionar el generador a su mínima velocidad. Al conectar el electroscopio al generador no se hubo presencia de movimiento en las láminas de aluminio, esto es a que el capuchón impide el paso de la carga proporcionado por el generador.
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Discusión: Compare los resultados con los obtenidos en el primer experimento de la práctica. ¿A qué atribuye la diferencia? Esta es atribuida a que el capuchón por ser un conductor, absorbe la carga y se dispersa en laparte externa del capuchón actuando como un aislante ya que la parte interna se mantiene sin carga. ¿Qué papel juega el capuchón conductor? Juega el papel del aislante ya que mantiene la carga alejada del tapón o esfera del electroscopio. Conclusión Rivera García Alexis Armando Las carga electrostática viaja por la superficie de los cuerpos, causando que en el interior el campo eléctrico sea cero, pero por lo mientras en el exterior puede existri carga. 5. Efecto de puntas. a) Rehilete electrostático: colocamos el rehilete sobre la esfera colectora del generador, lo hacemos funcionar se observa que el rehilete se mueve en sentido contrario a las manecillas del reloj.
b) Mechón de cabellos: descargamos el generador retiramos el rehilete y colocamos el mechón de cabellos encendemos el generador por lo menos un minuto, al pasar el tiempo se ve que los cabellos se empiezan a levantar.
Laboratorio de física: Electricidad y magnetismo. c) Experiencia de la vela: nuevamente descargamos al generador quitamos el mechón de cabellos y colocamos un cable de conexión a electrodo de prueba con punta metálica hacemos funcionar el generador y acercamos la punta a la flama de la vela, al momento que lo acercamos lo flama se aleja de la punta.
Discusión: Explique el comportamiento del rehilete y el mechón de cabellos. En el rehilete se apreció que la concentración de cargas siempre será mayor en las puntas, y como la caga que adquirió el rehilete fue la misma que en la esfera, esta sirvió para impulsarlo, y hacer que este rotara. ¿Puede ionizarse el aire? Si debido a que la carga puede viajar por él, un claro ejemplo de esto son las descargas atmosféricas. ¿A qué se llama viento eléctrico? Cuando los conductores metálicos terminan en punta se acumula mucha carga en ellas, la densidad de carga es muy alta y en las proximidades se crea un intenso campo que ioniza elaire. Las puntas cargadas positivamente producen viento eléctrico positivo. Las puntas cargadas negativamente producen viento eléctrico negativo ¿Por qué las cargas eléctricas fluyen a través de una punta? Debido a que es mayor su concentración en ellas, y su área es menor, así la carga será de mayorconcentración. Explique porque la flama de la vela se desvía al acercarla a la punta cargada Porque existe un flujo de electrones por medio del campo eléctrico que de las puntas sale. Conclusión Rivera García Alexis Armando Se muestra que al tener contacto cargas del mismo signo se repelen y esto puede causar otras reacciones como el giro del rehilete, los cabellos parados o el alejamiento de la llama de una vela.
Laboratorio de física: Electricidad y magnetismo. Cuestionario: 1. Defina a) Densidad lineal de carga: es usada en cuerpos lineales donde de genera por la carga encerada en el cuerpo y la longitud del cuerpo. b) Densidad superficial de carga: es usada en superficies donde de genera por la carga encerada en dicha superficie y la superficie o área del cuerpo. c) Densidad volumétrica de carga: empleada en cuerpo con un volumen se genera por la carga encerrada en el cuerpo y el volumen de este. 2. ¿Qué significado tienen las siguientes ecuaciones? ̅ Indica el campo eléctrico con respecto al volumen de un cuerpo ̅ la relación entre la intensidad del campo entre la permitividad del vacío sea igual campo eléctrico 3. ¿Es la superficie de un conductor una superficie equipotencial?Si, porque cuando una parte de esta superficie se carga, lo hace en ambos de sus ladosy a lo largo de toda la superficie de manera constante, ya que es una característica de losconductores, y por lo tanto también su potencial es constante. 4. ¿Qué diferencia existe entre un electroscopio y un electrómetro?El electrómetro tiene un escala a diferencia del electroscopio que lo indica la presencia de alguna carga
